CN101514999A - 一种电力测量多功能仪表系统及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电力测量多功能仪表系统和测量方法。所述电力测量多功能仪表系统包括：电力计量模块，用于对外部三相电压电流进行采集测量，并将计量数据传送给微处理器模块；LED驱动模块，用于驱动LED显示屏；LED显示屏，用于显示微处理器模块输出的计量数据；输入模块，用于向微处理器模块采集输入开关量的值和/或按键输入值；输出模块，用于向继电器输出并执行合闸、分闸、CT过流报警等；存储模块，用于系统设置参数、累计电度值和电力计量模块标准校验值的存储需求；微处理器模块，用于初始化系统、响应定时器中断、读取电量数据、存储设置数据、显示电量数据等控制操作。

Description

一种电力测量多功能仪表系统及测量方法

技术领域

本发明涉及电力测量领域，一种电力测量多功能仪表系统，以及电力测量多功能仪表测量方法。

背景技术

电力的供应对社会的生产、工作的正常进行有着非常重要的作用，而电力开关设备上的智能化测控仪表的可靠性及测量精准度，对电力开关设备的正常运行起到了非常重要的作用。

传统设计开发的电力测量多功能表，一般采用传统单片机(如51系列内核)通过对电压、电流进行A/D采样运算从而得出电压、电流、功率及电度等值，采用这种设计方式会产生电量数值精度低，硬件结构复杂易损坏及产品的材料成本高等方面的问题点。

而使用PHILIPS公司生产的基于ARM7TDMI-S内核的LPC2136和ATT7022A专用三相电能芯片，设计组成的电力测量多功能表，则可以解决上述问题点，提高了测量精度，简化了产品的设计结构，同时提高产品的可靠性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种精确、可靠并且简化结构的电力测量多功能仪表系统，并提供相应的电力测量多功能仪表测量方法。

所述电力测量多功能仪表系统包括：

电力计量模块，用于对外部三相电压电流进行采集测量，并将计量数据传送给微处理器模块；LED驱动模块，用于驱动LED显示屏；LED显示屏，用于显示微处理器模块输出的计量数据；输入模块，用于向微处理器模块采集输入开关量的值和/或按键输入值；输出模块，用于向继电器输出并执行合闸、分闸、CT过流报警等；存储模块，用于系统设置参数、累计电度值和电力计量模块标准校验值的存储需求；微处理器模块，用于初始化系统、响应定时器中断、读取电量数据、存储设置数据、显示电量数据等控制操作。

优选地，所述电力测量多功能仪表系统还包括：通信接口模块，采用RS485电平，MODBUS协议，实现上述系统与上位机的数据通信。

优选地，所述电力测量多功能仪表系统的微处理器模块通过SPI接口读取电力计量模块的数据，包括：外部的电压、电流、功率、功率因数和电度值。

所述电力测量多功能仪表测量方法，具有如下步骤：

(1)初始化步骤，即微处理器模块输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器0、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置等进行初始化。

(2)判断中断步骤，若开中断为是，则进入执行中断步骤，若为否或执行完判断中断步骤，则进入读电力计量模块值步骤，并对读出的值进行数据处理，从而得到正确的电压、电流、功率、电度等值；

(3)数值显示步骤，将读出的数值在LED显示屏上显示出来；

(4)参数设置步骤，判断是否按了参数设置键，若是则进行参数设置及参数存储，若否则返回步骤(2)循环执行。

优选地，所述电力测量多功能仪表测量方法的初始化步骤包括如下步骤：微处理器管脚定义步骤，定义微处理器管脚的输入输出方向；存储模块初始化步骤，对存储芯片EEPROM CAT1025JI中断进行初始化设置及定义；定时器初始化步骤，设置定时器的时间常数；串口通讯初始化步骤，对串口通讯进行设置，同时定义通讯波特率；校验值读取步骤，中从存储模块中读取电力计量模块的校验值，电度的存储值及参数设置值等；开中断步骤，设置中断的优先级并开中断。

优选地，所述的电力测量多功能仪表测量方法读电力计量模块值步骤包括如下步骤：标准值输入步骤，将标准信号对电力计量模块进行校验；校验值储存步骤，将校验值存入存储模块中；读取计量值步骤，读取电力计量模块的测量值；数值转换步骤，将读取的数值进行计算处理、数值转换，以便进行显示；数值送显步骤，将数值转换后的数值传送到LED显示屏。

优选地，所述的电力测量多功能仪表测量方法中判断中断步骤包括如下步骤：定时器0中断判断步骤，判断是否为定时器0中断，若是则执行该中断，进行按键输入读取，开关量的判断，及面板运行等的控制；定时器1中断判断步骤，判断是否为定时器1中断，若是则执行该中断，进行电度值的累加，及通讯超时的判断等；存储模块中断判断步骤，判断是否为存储模块中断，若是则执行数据的存储操作；串口中断判断步骤，判断是否为串口中断，若是则执行通讯操作。

优选地，所述的电力测量多功能仪表测量方法，所述串口中断包括如下步骤：保护现场步骤，保存进入中断前重要寄存器的数值；判断是数据否接收完毕，若不是则等待，若是则进入数据校验步骤；数据校验步骤，对接收到的数据进行CRC校验；判断步骤，判断计算码与接收码是否相同，若不是则进入恢复现场从中断返回，若是，则判断功能码，并执行功能码对应的操作。

优选地，所述的电力测量多功能仪表测量方法，所述功能码包括如下类型：

(1)读数据寄存器；(2)执行遥控操作；(3)写数据寄存器。

与目前现有技术相比，本发明通过使用新型的微处理模块和电力计量模块，并采用了新的测量方法，使得电量仪表的设计精度大大提高，同时简化了硬件设计结构，提高了产品的使用可靠性能。

附图说明

图1为本发明的测量系统的主框图

图2为本发明主程序的流程图

图3为初始化程序流程图

图4为电量计量芯片读取程序流程图

图5为中断流程图

图6为串口通讯中断流程图

具体实施方式

本发明主要是为了解决传统设计的电力测量多功能仪表的电量数值测量精度低，硬件结构复杂易损坏等方面的问题，主要采用PHILIPS公司最新生产的基于ARM7TDMI-S内核的LPC2136微控制器，加以广东珠海炬力公司生产的三相电能芯片组成电力测量多功能表系统，主要包括微处理器、电能计量芯片、输入设备、输出设备、通讯接口等，此系统可以将电量仪表的设计精度提高到千分之五以上，同时简化了硬件设计结构，提高了产品的使用可靠性能。(具体的硬件结构参见附图1)

微控制器软件设计方面包括：

初始化设备：用于对LPC2136输入输出口分配及定义，全局变量的初始化赋值，定时器0中断初始化，通讯向量中断初始化，波特率初始化设置，电量芯片读取初始化及EEPROM驱动初始化等。

定时器中断：用于定时读键盘采集值，读取输入开关量采集值，电度值的读取及实时累加，面板运行指示灯的控制。

电量数据的读取：通过LPC2136的SPI输入输出口，对电量计量芯片ATT7022A控制从而读取其内部计算好的电压、电流、功率、功率因数、电度等参数值。

EEPROM存储器的驱动：通过LPC2136的I2C平方总线对EEPROM CAT1025J控制，从而将设置的电压、电流变比，通讯地址、通讯波特率等值，以及累计电度值，ATT7022标准校验值存入，以便于失电永久保存。

数据显示：通过LPC2136微控制器对数码管驱动芯片ZLG7289控制，可以将从计量芯片ATT7022中读取的数据经过计算处理正确地显示在面板上。

串口中断判定执行装置：用于判定是否执行通讯，若是执行通讯，当上位机唤醒本机，则本机相应的立即保存现场，接收完一帧数据后，微处理器对接收数据进行CRC校验，倘若校验结果正确，说明接收数据完全正确，微处理器响应上位机指令，查询功能码，根据功能码去执行遥信、遥测、遥控等功能。

鉴于上述的设计结构，本系统将初始化设备、定时器中断响应、电量数据的读取、EEPROM存储设置数据、电量数据的显示、通讯串口中断的响应等有效地结合一体，从而实现电量仪表的所有功能，由于采用了专用的电量处理芯片，使得测量精度得到很大的提高，而使用的ARM7微处理器，大大提高了软件的处理速度，简化了设计结构，加强了芯片的抗干扰的功能，提高了产品的可靠性。

下面对照附图，通过对实施例的描述，对电力测量多功能仪表系统，以及电力测量多功能仪表测量方法作进一步详细的说明，以帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确的理解。

附图1所示，本发明的技术方案采用的是PHILIPS公司的ARM7微处理器LPC2136配合专用计量芯片ATT7022A，设计成电量测量仪表，本系统以微处理器为核心通过其SPI输入输出口，读取计量芯片ATT7022A中已算好的采集外部的电压、电流、功率、功率因数、电度等值，并将这些值经过数据处理，通过LED驱动芯片ZLG7289将其显示在三排4位LED显示屏上，同时微处理器分别连接四个按键，用于显示数据的屏幕翻转以及调整参数的设置并将这些参数存储于EEPROM CAT1025JI中，微处理器通过通讯接口芯片SN75175与上位机相连，网络通讯采用RS485电平，MODBUS协议，此外微处理器直接与输入输出开关量连接，采集输入的开关量的值，同时执行合闸、分闸、CT过流报警等。

附图2所示，为本发明主程序流程图，步骤1为开始动作，步骤2为初始化动作，即微处理器输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器0、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置等进行初始化。在步骤3中判断开中断信号，若开中断为是，则进入4执行中断子程序，若为否或执行完步骤3进入4读计量芯片值及对读出的值进行数据处理，从而得到正确的电压、电流、功率、电度等值，在步骤6中将读出的数值显示出来，同时在步骤7中判断是否按了参数设置键，若是则进入8中的参数设置及参数存储，若否则返回3循环执行此系统程序。

附图3所示，为初始化程序流程图，步骤11为开始动作，在步骤12中首先定义微处理器的输入输出管脚，在步骤13中对EEPROM CAT1025JI中断进行初始化设置及定义，然后在步骤14中设置定时器的时间常数，在15中对串口通讯进行设置，同时定义通讯波特率。在16步骤中从EEPROM中读取计量芯片的校验值，电度的存储值及参数设置值等，在17步骤中设置中断的优先级开中断，最后到步骤18主程序。

附图4所示，为计量芯片读取流程图，步骤21为开始动作，在步骤21中加标准信号对计量芯片进行校验，在步骤23中将校验值存入EEPROM中，在步骤24中读取计量芯片的值，然后进行数值转换，在步骤24中将数值送面板显示。

附图5所示，为中断程序流程图，步骤31为开始动作，在32中判断是否为定时器0中断，若是则执行中断33，进行按键输入读取，开人量的判断，及面板运行等的控制。若否则执行34定时器1中断判断，若是定时器1中断35，则执行电度值的累加，及通讯超时的判断等，若否则判断是否为EEPROM中断36，若是则执行37数据的存储，若否则判断是否为串口中断38，若是则执行39通讯程序，否则返回主程序40。

附图6所示，串口中断程序流程图，步骤41为开始动作，步骤为42中为保护现场，后进入43中判断是否接收完毕，若不是则等待，若是则进入44中接收数据进行CRC校验，然后进入步骤45中判断计算码与接收码是否相同，若不是则进入步骤52恢复现场，若是，则进入46判断功能码为03，若是流程进入步骤47读数据寄存器，上送到上位机，若步骤46为否则进入步骤48判断功能码是否为05，若是则进行49遥控操作，否则进入50判断功能码是否为06，若是则进入步骤51写寄存器值，否则进入步骤52恢复现场，到步骤53返回。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的权利要求书，而本发明的技术思想可广泛地被用于其它类似的系统上，因此凡是在未脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修改，均应包含在权利要求书的范围内。

Claims (9)

1、一种电力测量多功能仪表系统，其特征在于包括：

电力计量模块，用于对外部三相电压电流进行采集测量，并将计量数据传送给微处理器模块；

LED驱动模块，用于驱动LED显示屏；

LED显示屏，用于显示微处理器模块输出的计量数据；

输入模块，用于向微处理器模块采集输入开关量的值和/或按键输入值；

输出模块，用于向继电器输出并执行合闸、分闸、CT过流报警等；

存储模块，用于系统设置参数、累计电度值和电力计量模块标准校验值的存储需求；

微处理器模块，用于初始化系统、响应定时器中断、读取电量数据、存储设置数据、显示电量数据等控制操作。

2、如权利要求1所述的电力测量多功能仪表系统，其特征在于，所述系统还包括：

通信接口模块，采用RS485电平，MODBUS协议，实现上述系统与上位机的数据通信。

3、如权利要求1所述的电力测量多功能仪表系统，其特征在于，微处理器模块通过SPI接口读取电力计量模块的数据，包括：外部的电压、电流、功率、功率因数和电度值。

4、一种电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，具有如下步骤：

(1)初始化步骤，即微处理器模块输入输出口的定义、中断寄存器、全局变量、定时器0、EEPROM中断、串口通讯中断、波特率设置等进行初始化。

(2)判断中断步骤，若开中断为是，则进入执行中断步骤，若为否或执行完判断中断步骤，则进入读电力计量模块值步骤，并对读出的值进行数据处理，从而得到正确的电压、电流、功率、电度等值；

(3)数值显示步骤，将读出的数值在LED显示屏上显示出来；

(4)参数设置步骤，判断是否按了参数设置键，若是则进行参数设置及参数存储，若否则返回步骤(2)循环执行。

5、如权利要求4所述的电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，初始化步骤包括如下步骤：

微处理器管脚定义步骤，定义微处理器管脚的输入输出方向；

存储模块初始化步骤，对存储芯片EEPROM CAT1025JI中断进行初始化设置及定义；

定时器初始化步骤，设置定时器的时间常数；

串口通讯初始化步骤，对串口通讯进行设置，同时定义通讯波特率；

校验值读取步骤，中从存储模块中读取电力计量模块的校验值，电度的存储值及参数设置值等；

开中断步骤，设置中断的优先级并开中断。

6、如权利要求4所述的电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，读电力计量模块值步骤包括如下步骤：

标准值输入步骤，将标准信号对电力计量模块进行校验；

校验值储存步骤，将校验值存入存储模块中；

读取计量值步骤，读取电力计量模块的测量值；

数值转换步骤，将读取的数值进行计算处理、数值转换，以便进行显示；

数值送显步骤，将数值转换后的数值传送到LED显示屏。

7、如权利要求4所述的电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，判断中断步骤包括如下步骤：

定时器0中断判断步骤，判断是否为定时器0中断，若是则执行该中断，进行按键输入读取，开关量的判断，及面板运行等的控制；

定时器1中断判断步骤，判断是否为定时器1中断，若是则执行该中断，进行电度值的累加，及通讯超时的判断等；

存储模块中断判断步骤，判断是否为存储模块中断，若是则执行数据的存储操作；

串口中断判断步骤，判断是否为串口中断，若是则执行通讯操作。

8、如权利要求7所述的电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，所述串口中断包括如下步骤：

保护现场步骤，保存进入中断前重要寄存器的数值；

判断是数据否接收完毕，若不是则等待，若是则进入数据校验步骤；

数据校验步骤，对接收到的数据进行CRC校验；

判断步骤，判断计算码与接收码是否相同，若不是则进入恢复现场从中断返回，若是，则判断功能码，并执行功能码对应的操作。

9、如权利要求8所述的电力测量多功能仪表测量方法，其特征在于，所述功能码包括如下类型：

(1)读数据寄存器；

(2)执行遥控操作；

(3)写数据寄存器。

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